CN101457957A - 基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统及其控制方法涉及一种利用溶液对空调新风进行处理，实现能量回收，同时利用反渗透膜进行溶液再生的新风处理方法和实现这种方法的装置，当夏季建筑空调新风系统开启时，基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统运行，第一空气回路中室外新风进入第一除湿器与溶液进行热湿交换，新风被除湿干燥，新风从第一除湿器出来后进入热回收器与室内排风进行换热，新风温度降低，从热回收器出来后，新风进入表冷器与冷冻水进行换热，新风温度进一步降低，处理到送风状态后送入室内；室内排风进入第一换热器与溶液进行换热，吸收热量，冷却溶液，温度升高，然后进入热回收器与室内新风进行换热，冷却新风，排风温度升高，最后被排出室内。

Description

基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用溶液对空调新风进行处理，实现能量回收，同时利用反渗透膜进行溶液再生的新风处理方法和实现这种方法的装置，属于制冷空调系统设计和制造的技术领域。

背景技术

随着经济的发展和生活水平的提高，人们对工作和生活的舒适性要求也越来越高，同时随着化石能源的逐渐枯竭，能源问题也日渐突出。这对能源的消耗大户——空调系统提出了更高的要求：更加舒适，更高的空气品质，同时节能。为保证建筑空调系统的空气品质，新风系统成为必不可少的部分，而一定程度上，新风量的多少与室内空气品质成正比，而与空调能源的消耗也成正比。现有新风系统夏季大多是采取蒸气压缩式制冷机组实现对新风的处理，通过冷水机组制取低温冷冻水同时承担新风的显热负荷和湿负荷。这种新风处理方式能源消耗量大，经济性较低，使得空调系统的新风比例不能过大，限制了空调系统通过增加新风比例来实现室内空气品质的提高。对空调新风系统来说，在提高空调舒适性和室内空气品质的同时如何减少能源的消耗成为关键。因此，设计出一种新型高效的新风处理系统成为本领域技术人员迫切需要解决的技术难题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是解决现有建筑空调系统中新风处理方式能耗大、经济性较低，限制室内空气品质提高的问题，提出一种通过溶液对新风的湿负荷进行处理，同时通过溶液除湿蒸发冷却制取冷冻水承担新风的显热负荷，并基于反渗透膜实现溶液再生的基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统及其控制方法。

技术方案：本发明基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统由空气回路、溶液回路和冷冻水回路组成。空气回路包括第一空气回路和第二空气回路，第一空气回路由第一除湿器、热回收器、表冷器、第一换热器及其相关连接风道。其中第一除湿器的出风口与热回收器的新风入口相连，热回收器的新风出口接表冷器的进风口，第一换热器的出风口接热回收器的室内排风入口；第二空气回路是一个闭合的空气回路，包括第二除湿器、风机、蒸发冷却器及其相关连接风道。其中第二除湿器的出风口接风机入口，风机出口接蒸发冷却器的进风口，蒸发冷却器的出风口接第二除湿器的进风口。溶液回路包括溶液除湿回路和溶液再生回路。溶液除湿回路包括第一溶液储液器、第一水泵、第一电磁阀、第二除湿器、冷却盘管、第二电磁阀、第一换热器、第一除湿器及其相关连接管道。其中第一溶液储液器通过第一水泵后分别接第一电磁阀和第二电磁阀，第一电磁阀接第二除湿器溶液入口，第二除湿器溶液出口与第一溶液储液器相连，第二电磁阀接第一换热器溶液入口，第一换热器溶液出口与第一除湿器相连，第一除湿器溶液出口接回第一溶液储液器；溶液再生回路包括第一溶液储液器、第三水泵、组合过滤器、高压泵、膜渗透装置、第二溶液储液器、溶液控制阀及其相关连接管道，其中第一溶液储液器与第三水泵、组合过滤器、高压泵、膜渗透装置、第二溶液储液器依次相连，最后第二溶液储液器通过溶液控制阀接第一溶液储液器，构成回路。冷冻水回路包括蒸发冷却器、第二水泵、表冷器、补水阀及其连接管道。其中蒸发冷却器出水口通过第二水泵接表冷器冷冻水入口，表冷器冷冻水出口接蒸发冷却器的冷冻水入口，补水阀接蒸发冷却器补水口。

本发明的控制方法是：当夏季建筑空调新风系统开启时，基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统运行，第一空气回路中室外新风进入第一除湿器与溶液进行热湿交换，新风被除湿干燥，新风从第一除湿器出来后进入热回收器与室内排风进行换热，新风温度降低，从热回收器出来后，新风进入表冷器与冷冻水进行换热，新风温度进一步降低，处理到送风状态后送入室内。室内排风进入第一换热器与溶液进行换热，吸收热量，冷却溶液，温度升高，然后进入热回收器与室内新风进行换热，冷却新风，排风温度升高，最后被排出室内。第二空气回路中，空气在第二除湿器中与溶液进行热湿交换，空气中水分被溶液吸收，变成干燥空气，放出热量，同时空气也被冷却盘管冷却，然后通过风机加压，进入蒸发冷却器，干燥空气在蒸发冷却器中与冷冻水进行热湿交换，空气吸收水分，变成潮湿空气进入第二除湿器中再次与溶液进行热湿交换，如此循环。溶液除湿回路中，第一溶液储液器中溶液被第一水泵吸入加压后分成两路：一路经过第一电磁阀进入第二除湿器，与空气进行热湿交换，吸收空气中水分，溶液浓度减小，同时溶液与冷却盘管换热，最后溶液回到第一溶液储液器中；另外一路溶液经过第二电磁阀进入第一换热器，在其中溶液与室内排风进行换热，溶液温度降低，溶液从第一换热器中出来后进入第一除湿器，在其中与室外新风进行热湿交换，吸收新风中水分，溶液浓度减小，温度升高，最后溶液回到第一溶液储液器中。当第一溶液储液器中溶液浓度低于下限，不能满足第一除湿器、第二除湿器中溶液浓度要求时，溶液再生回路工作，第一溶液储液器中溶液被第三水泵吸入加压后进入组合过滤器，溶液被过滤，满足膜渗透装置的入口要求，过滤后的溶液经过高压泵加压后进入膜渗透装置中，溶液在反渗透膜的作用下实现溶液浓度提升，纯水从膜渗透装置流出，浓度提高后的溶液从膜渗透装置流出进入第二溶液储液器，然后浓溶液通过溶液控制阀进入第一溶液储液器中，以提高第一溶液储液器中溶液浓度的要求，当第一溶液储液器中溶液浓度高于某一上限时，溶液控制阀关闭，溶液再生回路停止工作。冷冻水回路中，冷冻水在蒸发冷却器中与空气进行热湿交换，部分冷冻水吸热蒸发进入空气，其余冷冻水温度降低后经过第二水泵进入第一表冷器，冷冻水在其中与新风进行换热，冷却新风，自身温度升高，最后又回到蒸发冷却器，再次与其中空气进行热湿交换。

有益效果：

1、本发明提出的基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统，通过溶液对新风的湿负荷进行处理，并利用溶液除湿蒸发冷却制取冷冻水承担新风显热负荷，实现了新风的全工况处理，相比采取冷冻除湿方法更加节能。

2、利用反渗透膜进行溶液再生，相比现有溶液再生方法(加热再生)具有节能、高效和紧凑的特点。

3、溶液基于膜渗透再生，使溶液新风系统具有较高性能的同时，不再受到溶液再生热源的限制。

附图说明

附图1是本发明基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统示意图。

以上图中有：第一溶液储液器1；第一溶液储液器第一输入端1a；第一溶液储液器第一输出端1b；第一溶液储液器第二输入端1c；第一溶液储液器第二输出端1d；第一溶液储液器第三输入端1e；第一水泵2；第一电磁阀3；第二电磁阀4；第二除湿器5；冷却盘管6；风机7；蒸发冷却器8；补水阀9；第二水泵10；第一换热器11；表冷器12；热回收器13；第一除湿器14；第三水泵15；组合过滤器16；高压泵17；膜渗透装置18；第二溶液储液器19；溶液控制阀20。

具体实施方式

结合附图1进一步说明本发明的具体实施方式：本发明基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统包括空气回路、溶液回路和冷冻水回路。其中空气回路又包括第一空气回路和第二空气回路，溶液回路包括溶液除湿回路和溶液再生回路。具体的连接方法是：第一空气回路中第一除湿器14的出风口接热回收器13的新风入口，热回收器13的新风出口接表冷器12的进风口，第一换热器11的出风口接热回收器13的室内排风入口；第二空气回路中第二除湿器5的出风口接风机7入口，风机7出口接蒸发冷却器8的进风口，蒸发冷却器8的出风口接第二除湿器5的进风口。溶液除湿回路中第一溶液储液器第一输出端1b通过第一水泵2后分成两路，分别接第一电磁阀3和第二电磁阀4，其中第一电磁阀3出口接第二除湿器5溶液入口，第二除湿器5溶液出口与第一溶液储液器第二输入端1c相连；第二电磁阀4出口接第一换热器11溶液入口，第一换热器11溶液出口接第一除湿器14溶液入口，第一除湿器14溶液出口接第一溶液储液器第一输入端1a；溶液再生回路中第一溶液储液器第二输出口1d依次通过第三水泵15、组合过滤器16、高压泵17、膜渗透装置18与第二溶液储液器19的入口相连，第二溶液储液器19出口通过溶液控制阀20接第一溶液储液器第三输入端1e；冷冻水回路中蒸发冷却器8出水口通过第二水泵10接表冷器12冷冻水入口，表冷器12冷冻水出口接蒸发冷却器8的冷冻水入口，补水阀9接蒸发冷却器8补水口。

基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统运行时：室外新风进入第一除湿器与溶液进行热湿交换，溶液吸收新风中水分，新风被除湿，温度升高，新风从第一除湿器出来后进入热回收器与室内排风进行换热，新风温度降低，从热回收器出来后，新风进入表冷器与其中冷冻水进行换热，新风温度进一步降低，处理到送风状态，然后送入室内。室内排风进入第一换热器与溶液进行换热，排风温度升高，然后进入热回收器与室内新风进行换热，冷却新风，排风温度进一步升高，最后被排入环境。第二空气回路中，空气在第二除湿器中与溶液进行热湿交换，空气中水分被溶液吸收，变成干燥空气，同时空气也与冷却盘管进行换热，空气得到冷却，然后被风机吸入加压，进入蒸发冷却器，干燥空气在蒸发冷却器中与冷冻水进行热湿交换，空气吸收水分，变成潮湿空气进入第二除湿器中再次与溶液进行热湿交换，如此循环。溶液除湿回路中，溶液从第一溶液储液器第一输出端流出经过第一水泵后分成两路：一路经过第一电磁阀进入第二除湿器，与空气进行热湿交换，吸收空气中水分，溶液浓度减小，同时溶液与冷却盘管换热，最后溶液经第一溶液储液器第二输入端回到第一溶液储液器中；另外一路溶液经过第二电磁阀进入第一换热器，在其中溶液与室内排风进行换热，溶液温度降低，溶液从第一换热器中出来后进入第一除湿器，在其中与室外新风进行热湿交换，吸收新风中水分，溶液浓度减小，温度升高，最后溶液回到第一溶液储液器中。当第一溶液储液器中溶液浓度低于下限，不能满足第一除湿器、第二除湿器中空气处理要求时，溶液再生回路工作，第一溶液储液器中溶液被第三水泵吸入加压后进入组合过滤器，溶液被过滤，满足膜渗透装置的入口要求，过滤后的溶液经过高压泵加压后进入膜渗透装置中，溶液在反渗透膜的作用下实现溶液浓度提升，纯水从膜渗透装置流出，浓度提高后的溶液从膜渗透装置流出进入第二溶液储液器，然后浓溶液通过溶液控制阀进入第一溶液储液器中，以提高第一溶液储液器中溶液浓度的要求，当第一溶液储液器中溶液浓度高于某一上限时，溶液控制阀关闭，溶液再生回路停止工作。冷冻水回路中，冷冻水在蒸发冷却器中与干燥空气进行热湿交换，部分冷冻水吸热蒸发进入空气，其余冷冻水温度降低后经过第二水泵进入第一表冷器，冷冻水在其中与新风进行换热，冷却新风，自身温度升高，最后又回到蒸发冷却器，再次与其中空气进行热湿交换，如此循环。

从基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统的运行可以看出，该系统通过利用溶液承担室外新风的湿负荷，并利用热回收器进行室内排风与新风换热，实现能量回收，同时还利用第二除湿器和蒸发冷却器实现溶液除湿与蒸发冷却结合制取冷冻水，承担新风的显热负荷。而对溶液的再生采取基于膜渗透原理的反渗透方法实现溶液中水分的分离，从而提高溶液的浓度。在溶液新风系统运行过程中，溶液再生回路是间歇工作的，工作与否判断标准为第一溶液储液器中溶液的浓度能否满足第一除湿器和第二除湿器中正常工作所要求的溶液浓度。第一除湿器正常工作所要求的溶液浓度由室外新风的状态及其室内送风要求决定，第二除湿器正常工作所要求的溶液浓度由表冷器所需要制取的冷冻水温度决定。当第一溶液储液器中溶液的浓度低于第一除湿器和第二除湿器中正常工作所要求的溶液浓度中的任意一个时，溶液再生回路工作。

Claims (4)

1.一种基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统，其特征在于该装置包括空气回路、溶液回路和冷冻水回路；

其中，空气回路包括第一空气回路和第二空气回路，第一空气回路包括第一除湿器(14)、热回收器(13)、表冷器(12)、第一换热器(11)及其相关连接风道；第一除湿器(14)的出风口接热回收器(13)的新风入口，热回收器(13)的新风出口接表冷器(12)的进风口，第一换热器(11)的出风口接热回收器(13)的室内排风入口；第二空气回路是一个闭合的空气回路，包括第二除湿器(5)、风机(7)、蒸发冷却器(8)及其相关连接风道；第二除湿器(5)的出风口接风机(7)入口，风机(7)出口接蒸发冷却器(8)的进风口，蒸发冷却器(8)的出风口接第二除湿器(5)的进风口；

溶液回路包括溶液除湿回路和溶液再生回路；溶液除湿回路包括第一溶液储液器(1)、第一水泵(2)、第一电磁阀(3)、第二除湿器(5)、冷却盘管(6)、第二电磁阀(4)、第一换热器(11)、第一除湿器(14)及其相关连接管道；第一溶液储液器第一输出端(1b)通过第一水泵(2)后分成两路，分别接第一电磁阀(3)和第二电磁阀(4)，其中第一电磁阀(3)出口接第二除湿器(5)溶液入口，第二除湿器(5)溶液出口与第一溶液储液器第二输入端(1c)相连；第二电磁阀(4)出口接第一换热器(11)溶液入口，第一换热器(11)溶液出口接第一除湿器(14)溶液入口，第一除湿器(14)溶液出口接第一溶液储液器第一输入端(1a)；溶液再生回路包括第一溶液储液器(1)、第三水泵(15)、组合过滤器(16)、高压泵(17)、膜渗透装置(18)、第二溶液储液器(19)、溶液控制阀(20)及其相关连接管道组成；第一溶液储液器第二输出口(1d)依次通过第三水泵(15)、组合过滤器(16)、高压泵(17)、膜渗透装置(18)与第二溶液储液器(19)的入口相连，第二溶液储液器(19)出口通过溶液控制阀(20)接第一溶液储液器第三输入端(1e)；

冷冻水回路包括蒸发冷却器(8)、第二水泵(10)、表冷器(12)、补水阀(9)及其连接管道，蒸发冷却器(8)出水口通过第二水泵(10)接表冷器(12)冷冻水入口，表冷器(12)冷冻水出口接蒸发冷却器(8)的冷冻水入口，补水阀(9)接蒸发冷却器(8)补水口。

2、根据权利要求1所述的基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统，其特征是所述的膜渗透装置(18)采取反渗透膜的方法进行溶液再生。

3、根据权利要求1所述的基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统，其特征是所述的溶液再生回路采取间歇运行。

4.一种基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统的控制方法，其特征是：

当夏季建筑空调新风系统开启时，基于反渗透膜溶液再生的溶液新风系统运行，第一空气回路中室外新风进入第一除湿器与溶液进行热湿交换，新风被除湿干燥，新风从第一除湿器出来后进入热回收器与室内排风进行换热，新风温度降低，从热回收器出来后，新风进入表冷器与冷冻水进行换热，新风温度进一步降低，处理到送风状态后送入室内；室内排风进入第一换热器与溶液进行换热，吸收热量，冷却溶液，温度升高，然后进入热回收器与室内新风进行换热，冷却新风，排风温度升高，最后被排出室内；

第二空气回路中，空气在第二除湿器中与溶液进行热湿交换，空气中水分被溶液吸收，变成干燥空气，放出热量，同时空气也被冷却盘管冷却，然后通过风机加压，进入蒸发冷却器，干燥空气在蒸发冷却器中与冷冻水进行热湿交换，空气吸收水分，变成潮湿空气进入第二除湿器中再次与溶液进行热湿交换，如此循环；溶液除湿回路中，第一溶液储液器中溶液被第一水泵吸入加压后分成两路：一路经过第一电磁阀进入第二除湿器，与空气进行热湿交换，吸收空气中水分，溶液浓度减小，同时溶液与冷却盘管换热，最后溶液回到第一溶液储液器中；另外一路溶液经过第二电磁阀进入第一换热器，在其中溶液与室内排风进行换热，溶液温度降低，溶液从第一换热器中出来后进入第一除湿器，在其中与室外新风进行热湿交换，吸收新风中水分，溶液浓度减小，温度升高，最后溶液回到第一溶液储液器中；

当第一溶液储液器中溶液浓度低于下限，不能满足第一除湿器、第二除湿器中溶液浓度要求时，溶液再生回路工作，第一溶液储液器中溶液被第三水泵吸入加压后进入组合过滤器，溶液被过滤，满足膜渗透装置的入口要求，过滤后的溶液经过高压泵加压后进入膜渗透装置中，溶液在反渗透膜的作用下实现溶液浓度提升，纯水从膜渗透装置流出，浓度提高后的溶液从膜渗透装置流出进入第二溶液储液器，然后浓溶液通过溶液控制阀进入第一溶液储液器中，以提高第一溶液储液器中溶液浓度，当第一溶液储液器中溶液浓度高于某一上限时，溶液控制阀关闭，溶液再生回路停止工作；

冷冻水回路中，冷冻水在蒸发冷却器中与空气进行热湿交换，部分冷冻水吸热蒸发进入空气，其余冷冻水温度降低后经过第二水泵进入第一表冷器，冷冻水在其中与新风进行换热，冷却新风，自身温度升高，最后又回到蒸发冷却器，再次与其中空气进行热湿交换。